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4D技术如何让锂电池充放电过程微观可视化:9297威尼斯


本文摘要:锂离子电池电池是一种高容寿命长环境保护电池,具有众多优势,广泛运用于储能技术、纯电动车、携带式电子设备等行业。

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锂离子电池电池是一种高容寿命长环境保护电池,具有众多优势,广泛运用于储能技术、纯电动车、携带式电子设备等行业。伴随着社会发展的发展趋势,各主要用途,尤其是纯电动车的发展趋势,对锂离子电池电池的能量密度、使用寿命、安全系数和价钱明确指出了高些的回绝。因而,大家必不可少更为多方面地掌握电池中高宽比简易的光电催化传送体制。而正负极片的外部经济构造与电池的光电催化特性息息相关,很多生物学家着眼于科学研究电极原材料及其蓄电池充电原理。

如果我们必须在蓄电池充电全过程中数据可视化外部经济构造的演变,那麼,就能更优地讲解电池原理,为电池设计方案提升,乃至产品研发下一代电池获得不好根据。辅助设计的X射线断层扫描(XCT)光学技术是一种高像素、没有受损的,非毁灭性的光学技术,能够判定和定性分析原材料的构造和特性。XCT已被证实能够多尺度上数据可视化电池各成分的薄膜光学演变,并做为一种合理地的专用工具,可作为临床医学电池超温原理。

XCT也被用于科学研究锂离子电池电池电极原材料的薄膜光学特点。除此之外,到数的三维图像就可以组成5D(三维 時间)剖析,还包含有可能的原点检验和在线监测(比如光电催化检测中XCT电子光学)。德国隆德大学和英国伦敦大学学校的专家用以5D辅助设计的X射线断层扫描(XCT)光学技术数据可视化硅基电极的第一次锂化全过程。

硅基电极在锂化全过程中不容易经常会出现轻度的体积转变,乃至高达300%。这将导致电池各部件明显地机械设备形变,乃至损坏超温。

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创作者期待数据可视化锂化全过程,掌握体积转变的原理。实验方法电池拼装如图所示1下图,硅电极对金属锂装配成Swagelok型半电池,电池薄壳是X射线穿透的PFA塑胶。μmSi粉:导电性高纯石墨:PVDF=80:10:10(净重比)。

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以硼铝硅酸盐玻纤为膈膜。图1Li-SiSwagelok型电池平面图Swagelok型电池:一种外螺纹三通接头安装的试验室检测专用型锂电池模貝光电催化和XCT检测安装的电池基础理论容积大概为7.45mAh,用以恒电位差仪对电池恒流放电。XCT检测用以XradiaVersaMicroXCT-520断块成像仪。电池以25μA电流量恒流放电一定時间,随后每一次静电完成后XCT电子光学,按这类步骤依次静电10次。

第一步,静电不断10钟头,电极锂简单化了3.36%。此前的流程每一次静电不断20钟头,每一次电极锂化6.72%。图2说明了对硅电极一部分锂化的10步,及其11次XCT检测時刻。

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图2Si电极恒流电源锂化全过程的一部分静电流程。电流量:25mA,不断20h(第一次10h),每一步静电以后,进行XCT电子光学。X射线源和探测器被各自摆在试品前边和后边间距试品管理中心15mm处,用以4倍目镜,出示图象的像素尺寸为1.7μm。

扫描枪灯源管工作电压45kV,每一次投射快门速度30s,每一次扫瞄出示2001张相片,恢复后的体积图象为16位灰度,2000x2000清晰度。DVC的剖析此项科学研究用以数据体积涉及到优化算法(DigitalVolumeCorrelation,全名DVC)来剖析电池极片和膈膜在锂化全过程中的机械设备形变。DVC技术性是根据剖析具有涉及到关联的2组三维图像,获得物件形变全过程中偏位场和紧急事件场的计算方式,其基本概念如图所示3下图。

这类方式能精确测量出有三维图像形变前后左右,给出方向的抽样点的偏位和紧急事件。图3数据体积涉及到优化算法(a)样版连接点偏位矢量素材的平面图,(b)标准的原始网格图中由八个邻连接点允许的立方米亚体积,(c)地应力网格图中的形变亚体积。


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